Строение и номенклатура алкинов

Зачем изучать алкины

В темах 10 и 11 мы изучили алкены и реакции присоединения к двойной связи. Алкины содержат тройную связь C≡C, и их химия во многом похожа на химию алкенов: тройная связь тоже присоединяет галогеноводороды, галогены, воду и водород, только дважды. Но у алкинов есть и свои особенности, которые делают их одними из самых полезных веществ органического синтеза.

Атом водорода концевого алкина кислый: сильное основание превращает алкин в ацетиленид-ион, а тот как нуклеофил присоединяет алкильную группу и образует новую связь углерод — углерод. Так из ацетилена и галогеналканов собирают углеродный скелет нужной длины. Затем тройную связь превращают в то, что требуется: в цис- или транс-алкен, в кетон или альдегид, в карбоновые кислоты. Поэтому тройную связь называют узловой группой синтеза: через неё проходят многие пути от простых веществ к сложным.

Как построена эта тема

Сначала мы разберём строение и номенклатуру алкинов (урок 132) и способы их получения (урок 133). Затем — кислотность концевых алкинов и алкилирование ацетиленидов (урок 134). Уроки 135–137 посвящены присоединению: галогеноводородов, галогенов и воды. В уроке 138 мы научимся восстанавливать алкины до цис- и транс-алкенов, в уроке 139 — расщеплять их окислением, в уроке 140 — перемещать тройную связь по цепи. Далее разберём сочетание алкинов (урок 141) и промышленную химию ацетилена (урок 142). Уроки 143 и 144 — синтез и практикум по всей теме.

Тройная связь

В темах 10–11 мы изучили двойную связь. Следующая кратная связь — тройная. Она состоит из одной σ-связи и двух π-связей, лежащих во взаимно перпендикулярных плоскостях; оба её атома углерода находятся в \(sp\)-гибридизации (урок 5), поэтому фрагмент молекулы вокруг тройной связи линеен (урок 6).

Как описать тройную связь

1. Атомы C≡C — \(sp\): две гибридные орбитали под 180°, фрагмент C–C≡C–C линеен.
2. Две π-связи образуют негибридные \(p\)-орбитали — «цилиндр» электронной плотности вокруг оси.
3. Связь короче и прочнее двойной: C≡C 120 пм, 837 кДж/моль; C=C 134 пм, 611; C–C 154 пм, 348.
4. Цис/транс-изомерии у тройной связи нет; малые циклоалкины сильно напряжены (циклооктин — наименьший устойчивый).

ацетилен: линейная молекула, 180°

бут-2-ин: фрагмент C–C≡C–C линеен

циклооктин: наименьший устойчивый циклоалкин

Примеры

1. Ацетилен. Оба атома углерода \(sp\)-гибридизованы, и все четыре атома молекулы лежат на одной прямой.

ацетилен: линейная молекула, угол 180°

2. Бут-2-ин. Атомы C1–C2≡C3–C4 лежат на одной прямой, а водороды метильных групп свободно вращаются вокруг этой оси.

бут-2-ин: четыре атома углерода на одной прямой

3. Изомеры \(\ce{C4H6}\). Одной формуле отвечают вещества разных классов: бут-1-ин и бут-2-ин с тройной связью и бута-1,3-диен с двумя двойными.

бут-1-ин

бут-2-ин

бута-1,3-диен

Номенклатура

Алкины называют по тем же правилам, что и алкены (урок 108), только вместо суффикса -ен ставят -ин. Дополнительные правила нужны для молекул, в которых есть и двойная, и тройная связь.

Как назвать алкин или енин

1. Главная цепь содержит тройную связь (и двойную, если она есть).
2. Нумерация: наименьшие номера кратным связям вместе; при равенстве меньший номер получает двойная связь.
3. Окончание -ин (пент-2-ин); обе связи — «-ен-ин» с номерами (гепт-1-ен-6-ин).
4. Тривиальные названия: ацетилен, пропаргил \(\ce{HC#C-CH2\bond{-}}\) (проп-2-ин-1-ил), винилацетилен (бут-1-ен-3-ин).

Примеры

1. 4-Метилгекс-2-ин. Главная цепь из шести атомов включает тройную связь; нумеруем так, чтобы она получила меньший номер (2), метил при этом оказывается у C4.

4-метилгекс-2-ин

2. Гепт-1-ен-6-ин. При нумерации с любого конца кратные связи получают номера 1 и 6; в таком случае меньший номер отдают двойной связи, поэтому двойная — 1, тройная — 6.

гепт-1-ен-6-ин

3. Проп-2-ин-1-ол. Гидроксильная группа старше кратной связи и получает номер 1, тройная связь — номер 2. Тривиальное название — пропаргиловый спирт.

проп-2-ин-1-ол (пропаргиловый спирт)